Układ gazowo-parowy
Układ gazowo-parowy (ang. Combined Cycle) jest połączeniem układu turbiny gazowej i turbiny parowej. Spaliny za turbiną gazową mają stosunkowo wysoką temperaturę (500-700 °C). W prostym układzie turbiny gazowej są one wyrzucane do otoczenia, a ich entalpia o stosunkowo wysokiej wartości stanowi stratę wylotową. Natomiast w układzie gazowo-parowym spaliny te są wykorzystywane do wytworzenia pary w wytwornicy pary (kotle odzyskowym).
Spis treści |
Zalety i wady [edytuj]
Układy gazowo-parowe posiadają szereg zalet, spośród których najważniejsze to:
- bardzo wysoka sprawność, sięgająca nawet 60%;
- niska awaryjność połączona z dużą dyspozycyjnością;
- niskie koszty inwestycyjne[1];
- krótki czas realizacji inwestycji;
- duża elastyczność w zakresie warunków pracy;
- możliwość pracy w oparciu o sporą gamę paliw gazowych, jak i ciekłych
Natomiast ich najpoważniejszą wadą są bardzo wysokie koszty eksploatacyjne, wynikające wprost z wysokich cen paliw zasilających układy gazowo-parowe (w szczególności zaś cen gazu ziemnego).
Budowa [edytuj]
Pod względem budowy układ gazowo-parowy stanowi połączenie układu otwartego turbiny gazowej z układem turbiny parowej. Z tą jednak różnicą, że w miejscu kotła elektrowni parowej pojawia się kocioł odzysknicowy (czasami wyposażony w system dopalający). W warunkach polskich bardzo istotne są wyżej wspomniane koszty paliwa. Paliwa ciekłe i gazowe pochodzą prawie w całości z importu, w przeciwieństwie do węgla. Pewne nadzieje na spopularyzowanie układów opalanych paliwem gazowym (m.in. układów gazowo-parowych) niosą technologie zgazowania węgla. Tego typu układy są już wykorzystywane w instalacjach przemysłowych (a także w instalacjach małej mocy energetyki zawodowej) w Europie Zachodniej oraz w Stanach Zjednoczonych.
Perspektywy [edytuj]
W Polsce powstało już kilka bloków gazowo-parowych. Pierwszy z nich oddany został do użytku w 1999 r. w Elektrociepłowni Gorzów, jednak w warunkach polskich są to bloki niewielkich mocy. W krajach Europy Zachodniej moce znamionowe takich układów są rzędu kilkuset megawatów. Planowany jest stopniowy wzrost udziału układów gazowo-parowych w ogólnym bilansie produkcji energii elektrycznej i cieplnej. W Niemczech pojawiły się nawet propozycje zastąpienia do roku 2035 wszystkich elektrowni jądrowych elektrowniami gazowo-parowymi, uznawanymi za najbardziej korzystne pod względem ekologicznym.
Zasada działania [edytuj]
Gazowa część układu: Powietrze sprężane jest w sprężarce (SP), w komorze spalania (KS) następuje wzrost temperatury czynnika poprzez spalenie paliwa, spaliny trafiają do turbiny (TG), w której są rozprężane. Rozprężaniu czynnika w turbinie towarzyszy generowanie mocy mechanicznej odprowadzanej wałem do sprężarki i generatora elektrycznego.
Parowa część układu: Po rozprężeniu w turbinie spaliny przepływają przez wytwornicę pary (kocioł odzyskowy), a kosztem ich entalpii woda po stronie parowej ulega ogrzaniu i odparowaniu, a para zostaje przegrzana. Przepływ wody i pary wywołany zostaje w wyniku pracy pompy wody zasilającej (P). Para przegrzana rozprężana jest w turbinie parowej (kondensacyjnej, TP). Na wylocie z turbiny część pary jest wykroplona (para mokra). W skraplaczu (S) zostaje skroplona reszta pary.
Podnoszenie sprawności [edytuj]
Część strumienia pary rozprężanej w turbinie upuszczana jest z turbiny w upustach regeneracyjnych i kierowana do wymienników regeneracyjnych (W) podgrzewających wodę zasilającą. Podgrzew regeneracyjny wody zasilającej ma na celu podniesienie sprawności termicznej obiegu parowego.
W celu obniżenia strat egzergii i podniesienia sprawności egzergetycznej układu dzieli się nieraz stronę parową kotła ozdyskowego na dwie części (kocioł dwuciśnieniowy) a nawet na trzy części (kocioł trójciśnieniowy). Kocioł jest wtedy bardziej rozbudowany, ma dwa (trzy) podgrzewacze wody, parowniki i przegrzewacze pary, co jeszcze bardziej podnosi koszty inwestycyjne.
Innym zabiegiem podnoszącym sprawność układu gazowo-parowego może być zastosowanie chłodzenia międzystopniowego sprężanego powietrza bądź przegrzewu międzystopniowego rozprężanych spalin i pary wodnej. Jednak ingerencja w kontrukcję turbiny gazowej prowadzi do dalszego wzrostu kosztów inwestycyjnych, co ogranicza jej realizowanie.
Bloki gazowo-parowe w Polsce [edytuj]
- EC Lublin-Wrotków (http://www.ec.lublin.pl) – turbina gazowa V94.2 (Ansaldo / Siemens), moc elektryczna 235 MW(e), moc cieplna 150 MW(t);
- EC Rzeszów (http://www.ec.rzeszow.pl) – turbina gazowa V64.3A (Siemens), moc elektryczna 101 MW(e), moc cieplna 76 MW(t);
- EC Zielona Góra (http://www.ec.zgora.pl) – turbina gazowa Frame 9e (General Electric), moc elektryczna 198 MW(e), moc cieplna 135 MW(t);
- PEC Siedlce (http://www.pec-siedlce.com.pl/) – dwie turbiny gazowe Taurus 70-T-10301S (Caterpillar, dawniej Solar Turbines), moc elektryczna 14,6 MW(e), moc cieplna 22.4 MW(e);
- EC Gorzów (http://www.ecg.com.pl) - turbina gazowa GT8C (Alstom Power, dawniej ABB Zamech Ltd.), moc elektryczna 55 MW(e), moc cieplna 64 MW(t);
- EC Nowa Sarzyna (http://www.ens.pl) – dwie turbiny gazowe (Thomassen Int. / General Electric), moc elektryczna 116 MW(e), moc cieplna 70 MW(t).
